Crean metamateriales magnéticos que se pueden reprogramar estructuralmente

Unos científicos han demostrado experimentalmente que resulta posible reprogramar la forma y el comportamiento estructural de unos innovadores materiales artificiales con propiedades electromagnéticas, conocidos como metamateriales, sin necesidad de modificar su composición. Esta tecnología abre las puertas a innovaciones en campos como la biomedicina y la robótica blanda, entre otros.

El logro es obra de un equipo de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) en España y la Universidad Harvard en Estados Unidos.

Los autores del estudio han ideado un modo de reprogramar estos metamateriales mecánicos mediante el uso de imanes flexibles distribuidos en su estructura. “Lo innovador de nuestra propuesta es la incorporación de pequeños imanes flexibles integrados en una matriz de romboides rotatorios que permite modificar la rigidez y la capacidad de absorción de energía de la estructura, simplemente cambiando la distribución de estos imanes o aplicando un campo magnético externo. Esto confiere unas propiedades singulares que no están presentes en los materiales convencionales o en la naturaleza. Y es que, cuando diseñamos nuevos materiales, solemos centrarnos en la composición química y su microestructura, pero con los metamateriales podemos jugar también con su geometría interna y la disposición espacial”, explica uno de los autores del estudio, Daniel García-González, del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M.

Este avance supone un paso importante hacia la creación de estructuras mecánicas reconfigurables, útiles en sectores como la robótica, la protección frente a impactos o la ingeniería aeroespacial. Las aplicaciones de este tipo de metaestructuras son prácticamente infinitas, según los investigadores. “Desde estructuras de protección frente a impactos y sistemas amortiguadores inteligentes en exoesqueletos, hasta componentes adaptativos en robótica blanda. En el ámbito del calzado deportivo, se podrían utilizar para modificar la respuesta mecánica de una suela mediante las interacciones de los elementos que están incorporados en ella, flexibilizando o dando rigidez a determinadas zonas que permitan mejorar la pisada de la persona. En biomedicina también se abren posibilidades innovadoras. Por ejemplo, podríamos introducir modificaciones de estas estructuras en un vaso sanguíneo obstruido y, mediante la aplicación de un campo magnético externo, expandir la matriz para lograr su desobstrucción”, señala otro investigador, Josué Aranda Ruiz, del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M.

Los nuevos metamateriales magnéticos se pueden reprogramar estructuralmente. (Imagen: UC3M)

Para llevar a cabo el estudio, los investigadores de la UC3M y de Harvard combinaron la identificación y caracterización de distintos materiales, con el análisis de su comportamiento en función de las orientaciones magnéticas. Con este fin, estudiaron cómo la orientación, la magnetización residual y la rigidez de los imanes afectan a las respuestas estáticas y dinámicas del metamaterial, demostrando que una cuidadosa reorientación permite ajustar su comportamiento de forma notable. Luego analizaron su integración en estructuras de mayor tamaño para ensayos dinámicos de impacto.

“Modificando la posición de los imanes para modular la interacción magnética entre ellos podemos conseguir comportamientos completamente distintos en el material”,  añade otro de los autores del estudio, Carlos Pérez García, también del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M.

El estudio se titula “Reprogrammable Mechanical Metamaterials via Passive and Active Magnetic Interactions”. Y se ha publicado en la revista académica Advanced Materials. (Fuente: UC3M)